馮鴻斌　劉旭紅　郭鵬燕　楊藝

一、國(guó)內(nèi)網(wǎng)絡(luò)地圖產(chǎn)品概況

當(dāng)下國(guó)內(nèi)民用地圖行業(yè)百花齊放，主流產(chǎn)品有百度地圖、高德地圖、谷歌地圖、e都市、我秀中國(guó)等。其中有不少提供了三維地圖與街景功能，如百度、高德在三維模式下能看到較為簡(jiǎn)潔的建筑白模型與空間環(huán)境關(guān)系，也有沿城市主要道路拍攝的街景全景。谷歌地圖中能看到帶有衛(wèi)星圖紋理的地表三維模型，城市中重要的建筑也配有實(shí)景三維模型。e都市中，城市的主要區(qū)域建有虛擬三維模型，使用者能在固定的角度瀏覽觀看。我秀中國(guó)則是匯總了全國(guó)各大城市拍攝的重要節(jié)點(diǎn)全景圖。[1]雖說每個(gè)地圖有其自身的特色，但并沒有一款真正意義的以實(shí)景三維模型為基礎(chǔ)的地圖產(chǎn)品，市面上地圖產(chǎn)品的三維模式，多少都會(huì)存在諸如建筑白色模型表現(xiàn)力低（百度、高德）、建筑實(shí)景模型信息缺失嚴(yán)重（谷歌）、城市三維模型范圍有限（e都市）等問題。另外在街景方面，也有諸如社區(qū)級(jí)別道路街景信息缺失的問題。

二、產(chǎn)品與各部分介紹

1.項(xiàng)目基本概況

在這樣的時(shí)代與行業(yè)背景下，基于傾斜攝影技術(shù)相應(yīng)特點(diǎn)，結(jié)合我們所參與的大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目，作出通過無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)，航拍建模得到的實(shí)景三維模型的嘗試，并圍繞此實(shí)景三維模型建立一個(gè)以實(shí)景信息為主、覆蓋范圍較小的網(wǎng)頁(yè)地圖，以此解決一平方公里范圍內(nèi)，需要全面、精細(xì)展現(xiàn)實(shí)景三維信息、街景信息、傳統(tǒng)平面地圖信息的區(qū)域?qū)Χㄖ苹W(wǎng)絡(luò)地圖的使用需求。網(wǎng)頁(yè)地圖平臺(tái)主要包含三個(gè)部分，三維實(shí)景地圖部分，全景地圖部分與平面地圖部分，三個(gè)部分互相結(jié)合，能較好地達(dá)到我們預(yù)期的效果。

2.實(shí)景三維網(wǎng)頁(yè)地圖部分

實(shí)景三維網(wǎng)頁(yè)地圖部分（圖1）主要采用無人機(jī)航拍傾斜攝影建模技術(shù)來實(shí)現(xiàn)，采用自旋翼無人機(jī)或滑翔翼無人機(jī)搭載多角度多相機(jī)云臺(tái)，按照預(yù)定飛行航線定點(diǎn)、定時(shí)拍攝多角度的圖像信息，[2]然后通過相應(yīng)軟件如Smart3D Capture、PhotoMesh、等進(jìn)行三維建模得到等比例的實(shí)景三維模型。[3]

模型能夠通過家用計(jì)算機(jī)的網(wǎng)頁(yè)瀏覽器加載，無需安裝插件。用戶可以通過鼠標(biāo)操控瀏覽器放大、縮小、旋轉(zhuǎn)模型，通過較為自由的觀察方式直觀了解該區(qū)域的實(shí)際面貌、建筑外觀、景觀環(huán)境質(zhì)量等不同層次的信息。

3.全景網(wǎng)頁(yè)地圖部分

全景網(wǎng)頁(yè)地圖部分也稱360度全景地圖，全景環(huán)視地圖，全景拍攝技術(shù)是通過數(shù)碼相機(jī)定點(diǎn)對(duì)周邊現(xiàn)有環(huán)境環(huán)視拍攝多角度圖像后，通過計(jì)算機(jī)軟件拼接形成球形或環(huán)形相片、最后通過播放器加載播放的技術(shù)。[4]

作為實(shí)景三維地圖部分的一種補(bǔ)充，全景地圖部分能很好地彌補(bǔ)傾斜攝影技術(shù)短板帶來的人視點(diǎn)角度上表達(dá)的不足。無人機(jī)傾斜攝影雖然能夠生成較為真實(shí)的鳥瞰模型，但由于場(chǎng)地內(nèi)建筑、樹木相互遮擋，不可避免地導(dǎo)致一些拍攝盲區(qū)的生成，進(jìn)而導(dǎo)致生成錯(cuò)誤的模型，這些錯(cuò)誤會(huì)在低視角觀察模型的時(shí)候暴露出來。我們選擇在人視高度（地面以上1.70M）拍攝全景照片作為場(chǎng)地低視角空間表達(dá)的彌補(bǔ)。

4.二維平面網(wǎng)頁(yè)地圖部分

平面地圖部分（圖2）由區(qū)域內(nèi)場(chǎng)地總平面圖與建筑物各層室內(nèi)平面圖組成。不僅能表達(dá)區(qū)域內(nèi)道路、建筑、廣場(chǎng)與綠化之間的關(guān)系，也能查閱到各個(gè)建筑樓層內(nèi)房間的分布情況。

準(zhǔn)確客觀地表達(dá)場(chǎng)地內(nèi)部信息是地圖必不可少的要素，傳統(tǒng)的二維平面地圖在準(zhǔn)確性與客觀性上仍然有著不可替代的優(yōu)勢(shì)。

圖2平面地圖頁(yè)面（圖片來源：作者自繪）

三、各個(gè)部分的制作方法

以廣東工業(yè)大學(xué)大學(xué)城校區(qū)教學(xué)區(qū)部分作為實(shí)例進(jìn)行說明。

1.三維實(shí)景模型部分

建模部分采用了無人機(jī)航拍傾斜攝影建模技術(shù)來獲得實(shí)景三維模型。使用鴻鵬的AC1200型號(hào)無人機(jī)搭載著AP5600型號(hào)的云臺(tái)，建模軟件采用Smart3D Capture 與3ds Max。

建模外業(yè)部分：（1）根據(jù)項(xiàng)目的具體要求，規(guī)劃航線，選擇合適的起飛與返航點(diǎn)，用鴻鵬公司配給的平板電腦作為地面站，在航線設(shè)定軟件里按照要求設(shè)定飛行航線。（2）為保證模型邊緣的建模質(zhì)量，邊緣航線應(yīng)在模型對(duì)應(yīng)邊界的基礎(chǔ)上向外擴(kuò)展等同于飛行高度的水平距離，同時(shí)拍攝區(qū)域內(nèi)航向重疊和旁向重疊應(yīng)大于70%，以保證區(qū)域內(nèi)模型的完整。[5]

建模內(nèi)業(yè)部分：（1）從云臺(tái)和飛行器上分別下載圖像資料與坐標(biāo)信息，將圖像存儲(chǔ)路徑與飛行坐標(biāo)、控制點(diǎn)坐標(biāo)按照軟件要求的格式在exalt中錄入。（2）快速空中三角測(cè)量采樣率按照25%左右設(shè)置，加快空中三角測(cè)量的速度?？刂泣c(diǎn)坐標(biāo)之前，需要在坐標(biāo)系統(tǒng)中選取與控制點(diǎn)坐標(biāo)系相對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)系。刪除外圍殘缺無效的模型信息，然后進(jìn)行分瓦片運(yùn)算，瓦片越小，占用電腦RAM的使用量就越少。[6]（3）Smart 3D軟件可輸出多種格式的模型文件，常用的三維模型格式有S3C、OSGB、OBJ等，OBJ格式能通過RHINO、3DS MAX等多種建筑學(xué)常用軟件讀取，編輯方便。（4）將從SMART 3D 軟件導(dǎo)出的模型加載入3DS MAX 進(jìn)行模型處理。

網(wǎng)頁(yè)部分是基于webGL，WebGL通過把JavaScript和OpenGL ES 2.0結(jié)合在一起，可以為HTML5 Canvas提供硬件3D加速渲染，通過HTML腳本本身實(shí)現(xiàn)Web交互式三維動(dòng)畫的制作，無需任何瀏覽器插件支持，在瀏覽器里更流暢地展示3D場(chǎng)景和模型，創(chuàng)建復(fù)雜的導(dǎo)航和數(shù)據(jù)視覺化。在實(shí)際開發(fā)中利用了基于JavaScript編寫的WebGL第三方庫(kù)three.js。Three.js 是一款運(yùn)行在瀏覽器中的 3D 引擎，通過調(diào)用three.js的方法進(jìn)行模型的渲染，材質(zhì)的加載，場(chǎng)景的構(gòu)建等，在平臺(tái)可以對(duì)模型進(jìn)行拖動(dòng)、旋轉(zhuǎn)、放大縮小。具體實(shí)現(xiàn)是根據(jù)3DS MAX軟件導(dǎo)出obj 文件、mtl 文件和貼圖，利用three.js的THREE.OBJLoader（）和THREE.OBJMTLLoader（）方法對(duì)obj 文件、mtl 文件和貼圖進(jìn)行加載;進(jìn)一步利用three.js的orbit controls插件（軌道控制）控制模型交互動(dòng)作，可以通過鼠標(biāo)拖拽模型進(jìn)行放大縮小、等動(dòng)作。

2.全景網(wǎng)頁(yè)地圖部分

相機(jī)采用理光牌 THETA SC 型號(hào)360度全景攝像數(shù)碼相機(jī)，分辨率1400×700，輸出格式HTLM5。在區(qū)域內(nèi)室內(nèi)外具有代表性、標(biāo)示性的地點(diǎn)按照人視點(diǎn)1.70m高度放置相機(jī)，模擬人在場(chǎng)景中真實(shí)的視覺感受。

全景網(wǎng)頁(yè)地圖部分，首先使用Pano2VR全景圖像轉(zhuǎn)換應(yīng)用軟件將球形全景圖轉(zhuǎn)換成HTML5格式的文件，通過絕對(duì)定位在背景地圖上設(shè)置相應(yīng)的位置圖標(biāo)，使用HTML的標(biāo)簽鏈接到對(duì)應(yīng)的全景網(wǎng)頁(yè)，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)擊相應(yīng)位置跳轉(zhuǎn)到具體的全景圖頁(yè)面，在全景圖頁(yè)面可以通過鼠標(biāo)對(duì)全景圖進(jìn)行放大縮小和旋轉(zhuǎn)。

3.二維平面網(wǎng)頁(yè)地圖部分

采用AUTO CAD描圖得到線稿，配合PHOTOSHOP 軟件對(duì)房間與室內(nèi)外分區(qū)按照功能布局填充不同顏色并標(biāo)注文字。描圖的圖底可向該區(qū)域內(nèi)基建部索要留檔的建筑結(jié)構(gòu)施工圖。由于使用者并非建筑類專業(yè)人員，對(duì)精度要求不高，描繪的過程可對(duì)施工圖進(jìn)行一定程度的簡(jiǎn)化。

平面網(wǎng)頁(yè)地圖部分，通過將背景圖片設(shè)置為：background-size：100% 100%;background-attachment：fixed;width：100%;height：100%;overflow：hidden;使背景地圖可以自適應(yīng)屏幕大小;使用絕對(duì)定位在背景地圖上設(shè)置相應(yīng)的位置圖標(biāo)，引入swiper插件將對(duì)應(yīng)位置的不同樓層的平面圖以輪播圖的形式展示在網(wǎng)頁(yè)上，用戶可以點(diǎn)擊頁(yè)面的左右箭頭對(duì)不同樓層的平面圖進(jìn)行切換查看;通過jQuery設(shè)置輪播圖的display屬性實(shí)現(xiàn)點(diǎn)擊位置圖標(biāo)顯示對(duì)應(yīng)的各個(gè)樓層的平面圖。

四、發(fā)展前景

1.產(chǎn)品特色

基于傾斜攝影技術(shù)的實(shí)景三維網(wǎng)絡(luò)地圖平臺(tái)相比現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)地圖模式，可更加真實(shí)、準(zhǔn)確、全面、多角度地讓使用者了解到該區(qū)域范圍內(nèi)的建筑、交通與環(huán)境情況。在整合多維度信息后，該平臺(tái)既能承擔(dān)傳統(tǒng)的地圖職能，同時(shí)在三維空間還原與表達(dá)方面有著不可替代的優(yōu)勢(shì)。另外，基于制作流程短，成果的形式與質(zhì)量可調(diào)性強(qiáng)等特點(diǎn)，該平臺(tái)能夠較好地實(shí)現(xiàn)定制化服務(wù)。

2.應(yīng)用方向

（1）公司、校園、園區(qū)與廠區(qū)介紹方面，地圖平臺(tái)能為觀眾多維度、多角度地真實(shí)呈現(xiàn)園區(qū)實(shí)景風(fēng)貌，觀眾足不出戶就能客觀地了解到區(qū)域內(nèi)的情況，也可以插入動(dòng)畫介紹頁(yè)面，以視頻的形式帶領(lǐng)觀眾感受區(qū)域風(fēng)貌。另外，在市政管理層面，亦可以將相關(guān)技術(shù)圖紙上傳至網(wǎng)頁(yè)平臺(tái)，有需要時(shí)相關(guān)工種能直接下載使用，提高工作效率。

（2）房地產(chǎn)宣傳介紹方面，在原有實(shí)景三維網(wǎng)絡(luò)地圖平臺(tái)的基礎(chǔ)上，增加戶型平面圖和室內(nèi)全景圖。相比于效果圖與沙盤模型等傳統(tǒng)的宣傳方式，網(wǎng)絡(luò)地圖平臺(tái)一方面能夠?qū)⒍嗑S度信息高度整合，方便消費(fèi)者瀏覽，同時(shí)實(shí)景化的表達(dá)也能避免房地產(chǎn)商對(duì)其產(chǎn)品的后期美化，高度還原產(chǎn)品原貌。

（3）應(yīng)用于實(shí)施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略。把實(shí)景三維網(wǎng)絡(luò)地圖平臺(tái)作為建設(shè)與改造方案的展示平臺(tái)，讓片區(qū)的居民群眾及時(shí)地了解并參與到當(dāng)?shù)卣捻?xiàng)目中，引導(dǎo)居民積極參與鄉(xiāng)村、街道改進(jìn)。同時(shí)，對(duì)日后從事古建筑保護(hù)與修繕、城市更新設(shè)計(jì)項(xiàng)目，都積累了信息技術(shù)應(yīng)用的寶貴經(jīng)驗(yàn)。

五、尚待解決的問題

（1）自旋翼無人機(jī)續(xù)航持續(xù)時(shí)間較短，對(duì)建模面積帶來一定的限制。[7]市面上較為普及的民用無人機(jī)類型為電力驅(qū)動(dòng)的自旋翼無人機(jī)，此類無人機(jī)單個(gè)航程時(shí)間在20～30分鐘范圍內(nèi)，根據(jù)飛行高度的不同，單一航程的覆蓋面積大約控制在500～600平方米上下，此類無人機(jī)并不適合城市尺度的大范圍傾斜攝影使用。

（2）Smart 3D軟件生成的三維模型較大，雖然本機(jī)能較為輕松地加載，但仍要經(jīng)過其他軟件后期壓縮才能在瀏覽器上加載。本次嘗試使用了RHINO 與 3DS MAX 這兩款軟件，前者雖然能支持大批量導(dǎo)入obj文件，但導(dǎo)出的模型與貼圖信息不能匹配，導(dǎo)致瀏覽器貼圖加載錯(cuò)誤。后者雖然不支持大批量導(dǎo)入obj文件，但壓縮后導(dǎo)出的模型文件貼圖正常。由于初始模型過于龐大，需要經(jīng)歷多次壓縮后方可在瀏覽器上加載，成果精度較低。

本文為相關(guān)行業(yè)的從業(yè)者提供了一種新的可行的解決方案，但該方案仍需進(jìn)一步完善與提升，為消費(fèi)者提供一種全新的、優(yōu)質(zhì)的地圖使用體驗(yàn)。[8]

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[3]朱濤，黎恒明，杜延峰，等.基于Skyline的三維實(shí)景地圖創(chuàng)建[J].現(xiàn)代計(jì)算機(jī)，2017（13）：42-45，50.

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[基金項(xiàng)目：本文系2018年國(guó)家大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目“基于傾斜攝影技術(shù)的4D信息地圖體系建設(shè)與研究” （項(xiàng)目編號(hào)：201811845034）研究成果。]

責(zé)任編輯陳春陽(yáng)